挖掘機(jī)械的顯示系統(tǒng)、挖掘機(jī)械和挖掘機(jī)械的顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及挖掘機(jī)械的顯示系統(tǒng)、挖掘機(jī)械和挖掘機(jī)械的顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -般而言，液壓挖掘機(jī)通過由操作員對設(shè)置于駕駛席附近的操縱桿進(jìn)行操作，使 包含鏟斗的作業(yè)機(jī)械或上部回轉(zhuǎn)體動作。此時，在挖掘規(guī)定坡度的斜面或規(guī)定深度的槽等 的情況下，僅通過操作員目視作業(yè)機(jī)械的動作，難以判斷是否按照設(shè)定目標(biāo)形狀精確地挖 掘。此外，操作員能夠按照設(shè)定目標(biāo)形狀高效且精確地挖掘這種規(guī)定坡度的斜面需要熟練 的經(jīng)驗。因此，例如存在下述技術(shù)：在設(shè)置于駕駛席附近的顯示裝置中顯示位于作業(yè)機(jī)械前 端的鏟斗的位置信息，來輔助操作員對操縱桿的操作。例如在專利文獻(xiàn)1中，記載有作為表 示與目標(biāo)面正對的方向和應(yīng)使液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)的方向的圖標(biāo)而顯示正對羅盤的技術(shù)。
[0003] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2012-172431號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在專利文獻(xiàn)1中沒有明確地記載如何使正對羅盤轉(zhuǎn)動等，考慮到鏟斗的種類、或 者目標(biāo)面與液壓挖掘機(jī)的位置關(guān)系等，需要對操作員提示用于使鏟斗與目標(biāo)面正對的更適 當(dāng)?shù)男畔ⅰ?br>[0005] 本發(fā)明的目的在于對操作員提示用于使鏟斗與目標(biāo)面正對的適當(dāng)?shù)男畔ⅰ?br>[0006] 本發(fā)明涉及的挖掘機(jī)械的顯示系統(tǒng)，其用于挖掘機(jī)械，該挖掘機(jī)械能夠使包含具 有鏟斗的作業(yè)機(jī)械的上部回轉(zhuǎn)體以規(guī)定的回轉(zhuǎn)中心軸為中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)，上述挖掘機(jī)械的顯 示系統(tǒng)包括：車輛狀態(tài)檢測部，其檢測與上述挖掘機(jī)械的當(dāng)前位置和姿勢相關(guān)的信息；存 儲部，其至少存儲表示作業(yè)對象的目標(biāo)形狀的目標(biāo)面的位置信息；以及處理部，其基于包含 通過與上述挖掘機(jī)械的當(dāng)前位置和姿勢相關(guān)的信息而求出的上述鏟斗的齒尖的方向的信 息、包含與上述目標(biāo)面正交的方向的信息和包含上述回轉(zhuǎn)中心軸的方向的信息，求取為了 使上述鏟斗的齒尖與上述目標(biāo)面正對所需要的、表示包含上述作業(yè)機(jī)械的上述上部回轉(zhuǎn)體 的回轉(zhuǎn)量的目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息，并將與所得到的目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的圖像顯示在顯示裝置中。
[0007] 優(yōu)選的是，上述處理部，在上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息不確定的情況或者無法求出上述目 標(biāo)回轉(zhuǎn)信息的情況下，使顯示在上述顯示裝置中的與上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的圖像的顯示 形式與上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息確定的情況或者能夠求出上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息的情況不同。
[0008] 優(yōu)選的是，上述處理部，在上述鏟斗的上述齒尖與上述目標(biāo)面正對之前和正對之 后，使顯示在上述顯示裝置的畫面中的上述圖像的形式不同。
[0009] 優(yōu)選的是，上述鏟斗通過以第1軸為中心轉(zhuǎn)動，并且以與上述第1軸正交的第2軸 為中心轉(zhuǎn)動，使得齒尖相對于與上述第1軸及上述第2軸正交的第3軸傾斜，進(jìn)而，具有檢 測上述鏟斗的傾斜角度的鏟斗傾斜檢測部，上述處理部基于上述鏟斗的傾斜角檢測部檢測 出的上述鏟斗的傾斜角度、與上述挖掘機(jī)械的當(dāng)前位置和姿勢相關(guān)的信息，求取上述鏟斗 的齒尖的方向。
[0010] 本發(fā)明涉及的挖掘機(jī)械的顯示系統(tǒng)，其用于挖掘機(jī)械，該挖掘機(jī)械能夠使包含具 有鏟斗的作業(yè)機(jī)械的上部回轉(zhuǎn)體以規(guī)定的回轉(zhuǎn)中心軸為中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)，上述挖掘機(jī)械的顯 示系統(tǒng)包括：車輛狀態(tài)檢測部，其檢測與上述挖掘機(jī)械的當(dāng)前位置和姿勢相關(guān)的信息；存 儲部，其至少存儲表示作業(yè)對象的目標(biāo)形狀的目標(biāo)面的位置信息；以及處理部，其基于包含 通過與上述挖掘機(jī)械的當(dāng)前位置和姿勢相關(guān)的信息而求出的上述鏟斗的齒尖的方向的信 息、包含與上述目標(biāo)面正交的方向的信息和包含上述回轉(zhuǎn)中心軸的方向的信息，求取直到 上述鏟斗的齒尖與上述目標(biāo)面平行為止所需要的、包含上述作業(yè)機(jī)械的上述上部回轉(zhuǎn)體的 回轉(zhuǎn)量來作為目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息，并將與所得到的目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的圖像、以及與上述挖掘 機(jī)械對應(yīng)的圖像和與上述目標(biāo)面對應(yīng)的圖像一起顯示在顯示裝置中，上述處理部，在上述 鏟斗的上述齒尖與上述目標(biāo)面正對之前和正對之后，使顯示在上述顯示裝置的畫面中的與 上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的圖像的形式不同。
[0011] 本發(fā)明涉及的挖掘機(jī)械包括：上部回轉(zhuǎn)體，其安裝有具有鏟斗的作業(yè)機(jī)械，以規(guī)定 的回轉(zhuǎn)中心軸為中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)；以及行駛裝置，其設(shè)置于上述上部回轉(zhuǎn)體的下方。
[0012] 本發(fā)明涉及的挖掘機(jī)械的顯示方法，其用于挖掘機(jī)械，該挖掘機(jī)械能夠使包含具 有鏟斗的作業(yè)機(jī)械的上部回轉(zhuǎn)體以規(guī)定的回轉(zhuǎn)中心軸為中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)，其中，基于包含通 過與上述挖掘機(jī)械的當(dāng)前位置和姿勢相關(guān)的信息而求出的上述鏟斗的齒尖的方向的信息、 包含與上述目標(biāo)面正交的方向的信息和包含回轉(zhuǎn)中心軸的方向的信息，求取為了使上述鏟 斗的齒尖與上述目標(biāo)面正對所需要的、表示包含上述作業(yè)機(jī)械的上述上部回轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)量 的目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息，將與所得到的目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的圖像顯示在顯示裝置中。
[0013] 優(yōu)選的是，在上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息不確定的情況或者無法求出上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息的 情況下，使顯示在上述顯示裝置中的與上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的圖像的顯示形式與上述目 標(biāo)回轉(zhuǎn)信息確定的情況或者能夠求出上述目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息的情況不同。
[0014] 本發(fā)明能夠?qū)Σ僮鲉T提示用于使鏟斗與目標(biāo)面正對的適當(dāng)?shù)男畔ⅰ?br>【附圖說明】
[0015] 圖1是本實施方式涉及的液壓挖掘機(jī)的立體圖。
[0016] 圖2是本實施方式涉及的液壓挖掘機(jī)具備的鏟斗的正視圖。
[0017] 圖3是本實施方式涉及的液壓挖掘機(jī)具備的另一示例涉及的鏟斗的立體圖。
[0018] 圖4是液壓挖掘機(jī)的側(cè)視圖。
[0019] 圖5是液壓挖掘機(jī)的后視圖。
[0020] 圖6是表示液壓挖掘機(jī)具備的控制系統(tǒng)的框圖。
[0021] 圖7是表示基于設(shè)計地形數(shù)據(jù)示出的設(shè)計地形的圖。
[0022] 圖8是表示引導(dǎo)畫面的一個示例的圖。
[0023] 圖9是表示引導(dǎo)畫面的一個示例的圖。
[0024] 圖10是用于說明鏟斗與目標(biāo)面正對的圖。
[0025] 圖11是用于說明鏟斗與目標(biāo)面正對的圖。
[0026] 圖12是用于說明齒尖矢量的圖。
[0027] 圖13是表示目標(biāo)面的法線矢量的圖。
[0028] 圖14是表示正對羅盤與目標(biāo)回轉(zhuǎn)角的關(guān)系的圖。
[0029] 圖15是表示姿勢信息顯示控制的一個示例的流程圖。
[0030] 圖16是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0031] 圖17是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0032] 圖18是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0033] 圖19是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0034] 圖20是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0035] 圖21是用于說明求取目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度的方法的俯視圖。
[0036] 圖22是用于說明車輛主體坐標(biāo)的單位矢量的圖。
[0037] 圖23是用于說明齒尖矢量和目標(biāo)齒尖矢量的圖。
[0038] 圖24是用于說明齒尖矢量和目標(biāo)齒尖矢量的圖。
[0039] 圖25是用于說明目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度的圖。
[0040] 圖26是用于說明選擇用于正對羅盤的顯示的第1目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度或第2目標(biāo)回轉(zhuǎn) 角度的方法的俯視圖。
[0041 ] 圖27是表示液壓挖掘機(jī)與目標(biāo)面的關(guān)系的圖。
[0042] 圖28是表示液壓挖掘機(jī)與目標(biāo)面的關(guān)系的圖。
[0043] 圖29是表示液壓挖掘機(jī)與目標(biāo)面的關(guān)系的圖。
[0044] 圖30是表示正對羅盤的圖。
[0045] 圖31是表示目標(biāo)面、單位矢量和法線矢量的關(guān)系的圖。
[0046] 圖32是表示在無法求出目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度的情況（無解狀態(tài)）下的一個示例的概念 圖。
[0047] 圖33是表示在無法求出目標(biāo)回轉(zhuǎn)信息的情況下的正對羅盤的顯示示例的圖。
[0048] 圖34a是表示在無法求出目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度的情況或者目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度不確定的情況 (不定解狀態(tài)）下的一個示例的概念圖。
[0049] 圖34b是表示在無法求出目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度的情況或者目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度不確定的情況 (不定解狀態(tài)）下的一個示例的概念圖。
[0050] 符號說明
[0051] 1 車輛主體
[0052] 2 作業(yè)機(jī)械
[0053] 3 上部回轉(zhuǎn)體
[0054] 4 駕駛室
[0055] 5 行駛裝置
[0056] 6 動臂
[0057] 7 斗桿
[0058] 8 鏟斗
[0059] 8 連接部件
[0060] 9、9a、9b 鏟斗
[0061] 9B、9Ba 刃
[0062] 9T、9Ta、9TC 齒尖
[0063] 9T1 第 1 齒尖
[0064] 9T2 第 2 齒尖
[0065] OTG、OTGa 齒尖列
[0066] 10 動臂缸
[0067] 11 斗桿缸
[0068] 12 鏟斗缸
[0069] 13 傾斜缸
[0070] 14 動臂銷
[0071] 15 斗桿銷
[0072] 16 鏟斗銷
[0073] 17 傾斜銷
[0074] 19 位置檢測部
[0075] 21、22 天線
[0076] 25 操作裝置
[0077] 26 作業(yè)機(jī)械用電子控制裝置
[0078] 27 車輛控制裝置
[0079] 35 作業(yè)機(jī)械側(cè)存儲部
[0080] 36 運算部
[0081] 37 比例控制閥
[0082] 37W 作業(yè)用控制閥
[0083] 37D 行駛用控制閥
[0084] 38 顯示輸入裝置
[0085] 39 顯示控制裝置
[0086] 41 輸入部
[0087] 42 顯示部
[0088] 43 存儲部
[0089] 44 處理部
[0090] 70 設(shè)計面
[0091] 70T1 一端部
[0092] 70T2 另一端部
[0093] 73 正對羅盤
[0094] 731 指針
[0095] 100 液壓挖掘機(jī)
[0096] 101 顯示系統(tǒng)
[0097] B 齒尖矢量
[0098] B' 目標(biāo)齒尖矢量
[0099] ez 單位矢量
[0100] LBT 齒尖列線
[0101] N 法線矢量
[0102] α 第！目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度
[0103] β 第2目標(biāo)回轉(zhuǎn)角度
[0104] γ 1 第1方向角
[0105] γ2 第2方向角
【具體實施方式】
[0106] 參照附圖，對用于實施本發(fā)明的方式（實施方式）進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0107] (挖掘機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)）
[0108] 圖1是本實施方式涉及的液壓挖掘機(jī)100的立體圖。圖2是本實施方式涉及的液 壓挖掘機(jī)100具備的鏟斗9的正視圖。圖3是本實施方式涉及的液壓挖掘機(jī)100具備的另 一示例涉及的鏟斗9a的立體圖。圖4是液壓挖掘機(jī)100的側(cè)視圖。圖5是液壓挖掘機(jī)100 的后視圖。圖6是表示液壓挖掘機(jī)100具備的控制系統(tǒng)的框圖。圖7是表示基于設(shè)計地形 數(shù)據(jù)示出的設(shè)計地形的圖。
[0109] 在本實施方式中，作為挖掘機(jī)械的液壓挖掘機(jī)100具有作為主體部的車輛主體1 和作業(yè)機(jī)械2。車輛主體1具有作為回轉(zhuǎn)體的上部回轉(zhuǎn)體3和行駛裝置5。上部回轉(zhuǎn)體3 在發(fā)動機(jī)室3EG的內(nèi)部收納有未圖示的動力發(fā)生裝置和液壓栗等裝置。發(fā)動機(jī)室3EG配置 在上部回轉(zhuǎn)體3的一端側(cè)。
[0110] 在本實施方式中，液壓挖掘機(jī)100例如將柴油發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃機(jī)作為動力發(fā)生裝 置，但是液壓挖掘機(jī)100不限于此。液壓挖掘機(jī)100例如也可以是將內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電電動機(jī)和 蓄電裝置組合而構(gòu)成的、具備所謂混合動力方式的動力發(fā)生裝置的設(shè)備等。
[0111] 上部回轉(zhuǎn)體3具有駕駛室4。駕駛室4載置于上部回轉(zhuǎn)體3的另一端側(cè)。即，駕駛 室4配置在與配置有發(fā)動機(jī)室3EG的一側(cè)相反的一側(cè)。在駕駛室4內(nèi)，如圖6所示，配置有 顯示輸入裝置38和操作裝置25。關(guān)于它們將在后文中描述。在上部回轉(zhuǎn)體3的下方設(shè)置 有行駛裝置5。行駛裝置5具有履帶5a、5b。行駛裝置5由未圖示的液壓電動機(jī)驅(qū)動，通過 履帶5a、5b旋轉(zhuǎn)而行駛，由此使液壓挖掘機(jī)100行駛。作業(yè)機(jī)械2安裝于上部回轉(zhuǎn)體3的 駕駛室4的側(cè)面一側(cè)。
[0112] 此外，液壓挖掘機(jī)100也可以具備輪胎來取代履帶5a、5b，其具有通過變速箱將未 圖示的柴油發(fā)動機(jī)的驅(qū)動力傳遞給輪胎而能夠行駛的行駛裝置。作為這種方式的液壓挖掘 機(jī)100,例如可以是輪式液壓挖掘機(jī)。
[0113] 在上部回轉(zhuǎn)體3中，配置有作業(yè)機(jī)械2和駕駛室4的一側(cè)為前方，配置有發(fā)動機(jī)室 3EG的一側(cè)為后方。朝向前方左側(cè)是上部回轉(zhuǎn)體3的左側(cè)，朝向前方右側(cè)是上部回轉(zhuǎn)體3 的右側(cè)。此外，液壓挖掘機(jī)100或車輛主體1如果以上部回轉(zhuǎn)體3為基準(zhǔn)，則行駛裝置5的 一側(cè)為下方，如果以行駛裝置5為基準(zhǔn)，則上部回轉(zhuǎn)體3的一側(cè)為上方。在液壓挖掘機(jī)100 設(shè)置于水平面的情況下，下方是垂直方向、即重力的作用方向側(cè)，上方是與垂直方向相反的 一側(cè)。在上部回轉(zhuǎn)體3的上方設(shè)置有扶手3G。如圖1所示，在扶手3G以能夠裝卸的方式 安裝有 RTK_GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems，實時動 態(tài)-全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，GNSS稱為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）用的2個天線21、22(以下，簡稱為 GNSS 天線 21、22)。
[0114] 作業(yè)機(jī)械2具有動臂6、斗桿7、鏟斗9、動臂缸10、斗桿缸11、鏟斗缸12和傾斜缸 13。此外，圖1或圖2所示的箭頭SW和箭頭TIL表示鏟斗9能夠轉(zhuǎn)動的方向。動臂6的基 端部通過動臂銷14能夠轉(zhuǎn)動地安裝于車輛主體1的前部。斗桿7的基端部通過斗桿銷15 能夠轉(zhuǎn)動地安裝于動臂6的前端部。在斗桿7的前端部，通過鏟斗銷16安裝有連接部件8。 連接部件8通過傾斜銷17安裝于鏟斗9。連接部件8通過未圖示的銷與鏟斗缸12連接，通 過1產(chǎn)斗缸12進(jìn)行伸縮，|產(chǎn)斗9轉(zhuǎn)動（參照圖1所示的SW)。也就是說，|產(chǎn)斗9能夠以與斗桿 7的延伸方向正交的軸為中心轉(zhuǎn)動地安裝。動臂銷14、斗桿銷15和鏟斗銷16以彼此都平 行的位置關(guān)系配置。即，各個銷的中心軸為相互平行的位置關(guān)系。
[0115] 此外，以下所示的"正交"是指在空間上2條線（或軸）彼此、線（或軸）與面、或 者面與面等2個對象正交的位置關(guān)系。例如在包含一條線（或軸）的平面與包含另一條線 (或軸）的平面平行并且從與這些面中的某個面垂直的方向觀察的情況下，一條線與另一 條線正交的狀態(tài)也表現(xiàn)為一條線與另一條線正交。線（軸）與面、面與面的情況也同樣如 此。
[0116] (鏟斗 9)
[0117] 在本實施方式中，鏟斗9有時被稱為傾斜斗。鏟斗9通過連接部件8、進(jìn)一步通過 鏟斗銷16與斗桿7連接。進(jìn)而，在連接部件8中，在連接部件8的與安裝鏟斗銷16的一側(cè) 相反的鏟斗9 一側(cè)，通過傾斜銷17安裝有鏟斗9。傾斜銷17與鏟斗銷16正交。即，包含傾 斜